Produktivitätssteigerung und Effizienzsteigerung sind Ziele, die durch marktwirtschaftlichen Wettbewerb vielfach zum Standardrepertoire der Entwicklung sowie der kontinuierlichen Verbesserung gehören. Trotzdem besteht hinsichtlich der Energieeffizienz in der Produktion noch immer dringender Handlungsbedarf. Auch wenn ein großer Teil aller Umweltauswirkungen eines Produktes in Entwicklung und Konstruktion festgelegt werden und in der Nutzungsphase anfallen, besteht der Handlungsbedarf zunächst in der Produktion. Ohne Transparenz hinsichtlich des verursachten Energiebedarfs zur Herstellung eines Produktes in der Produktion, kann dieser in der Konstruktion nicht berücksichtigt und daher nicht zielgerichtet minimiert werden. Weiterhin werden sehr viele Produkte für die Industrie wiederum in der Produktion eingesetzt und sind damit in ihrer Lebensphase Verursacher des Energiebedarfs in der Herstellungsphase der nächsten Generation von Produkten. Gegenstand dieser Arbeit ist es die Grundlage zur zielgerichteten Erfassung und Dokumentation des Energieeinsatzes in der Produktion am Beispiel von Prozessketten rund um Fügeprozesse zu untersuchen und einen Kennwert zu entwickeln, der in der Produktion erfasst und in der Konstruktion sowie der Arbeitsvorbereitung verwendet werden kann, um den Energiebedarf zunächst zu beurteilen und im Weiteren nachhaltig zu reduzieren. Diese Arbeit liefert das Werkzeug, um Transparenz zu schaffen und damit im Folgenden den produktspezifischen Energiebedarf in der Produktion zu reduzieren. Im Ergebnis wird ein Kennwert entwickelte der zusätzlich geeignet ist als dynamischer Leistungsindikator in der Prozessoptimierung und im Fabrikbetrieb verwendet zu werden.:1 Einleitung 1.1 Zielsetzung 1.2 Abgrenzung des Betrachtungsbereiches 2 Energie im Produktlebenszyklus – Stand der Technik 2.1 Produktlebenszyklus 2.1.1 Lebenszyklusanalyse 2.1.2 Kumulierter Energieaufwand (KEA) 2.1.3 Produktentwicklung und Konstruktion 2.2 Energie- und ressourceneffiziente Produktion 2.3 Prozessketten 2.4 Resümee der Analysen des Stands der Technik 3 Fügeprozesse im Produktlebenszyklus – eine naturwissenschaftliche Betrachtung 3.1 Energie im Schweißprozess 3.2 Schweißtechnologien im Zentrum der Betrachtung 3.2.1 Metallschutzgasschweißen 3.2.2 Laserschweißen 3.2.3 Reibrührschweißen 3.2.4 Hybridisierung von Schweißverfahren 3.3 Fügeprozessketten 3.3.1 Vorbereitung und Nachbereitung 3.3.2 Trennen 3.3.3 Spanende Bearbeitung - Nahtvorbereitung 3.3.4 Richten 3.3.5 Reinigen 3.4 Energieeinsatz in Fügeprozessen 3.5 Energieeffizienz 3.5.1 Physikalische Betrachtung 3.5.2 Thermodynamische Analyse 3.5.3 Primär-Sekundär-Analyse 4 Handlungsbedarf 5 Energieeffizienz in Fügeprozessketten 5.1 Kritische Diskussion des Kennwertes der Streckenenergie 5.2 Definition des Kennwertes des spezifischen Energiebedarfs 5.3 Berechnung von spezifischen Energiebedarfen 5.3.1 Betriebszustände 5.3.2 Systemgrenze 5.3.3 Berücksichtigung von nicht-elektrischen Energieformen in der Bilanzierung 5.3.4 Elektrisches Äquivalent von Energiebedarfen aller Art 5.3.5 Unterscheidung primärer und sekundärer Verbraucher 5.3.6 Unterscheidung dynamischer und statischer Energiebedarfe 5.4 Energiemesssystem 5.5 Bestimmung von Energieprofilen einzelner Fertigungsverfahren 5.5.1 Wirkungsgradketten bei Schweißprozessen 5.5.2 Steckdoseneffizienz 5.5.3 „Verlustarten“ 5.5.4 Übertragung auf verwandte Prozessvarianten 5.6 Energiedaten von Alternativprozessen 5.6.1 Vorgehen bei andersartigen Technologien 5.6.2 Entwicklung einer alternativen Herangehensweise 5.7 Reichweite der Energieprofile auf Ebene einer Fertigungstechnologie 5.8 Wertschöpfung an „Verlustleistungen“ 6 Anwendung 6.1 Betrachtung der Prozesskette 6.2 Berechnung spezifischen Energiebedarfs für das MIG-Schweißen 6.2.1 Unterscheidung primärer und sekundärer Verbraucher 6.3 Berechnung des spezifischen FSW-Energiebedarfs 6.4 Ergebnis 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick 8 Literatur 8.1 Abbildungsverzeichnis 8.2 Tabellenverzeichnis A Anhang A-1 Typische Betriebszustände A-2 Vergrößerte Abbildungen A-3 Abbildungen „in Anlehnung“

Vor dem Hintergrund steigender Energie- und Rohstoffpreise stellen die Anwender elektrischer Antriebe zunehmend die Forderung nach einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschinen. Um einerseits Masse, Bauvolumen und Material zu sparen, andererseits aber auch die Verluste in der elektrischen Maschine zu senken, müssen moderne Magnetkreiswerkstoffe und Wicklungstechnologien angewendet werden. Im Rahmen der Diplomarbeit sind verschiedene Varianten energieeffizienter Elektromaschinen zu untersuchen. Hierbei sind insbesondere folgende Ausführungsformen detailliert zu betrachten: • Permanenterregte Synchronmaschine mit Si-legiertem Blech (Referenz) • Permanenterregte Synchronmaschine mit Co-legiertem Blech • Permanenterregte Synchronmaschine mit Ni-legiertem Blech • Einsatz von SMC (Soft Magnetic Compound, Pulververbundwerkstoff) • Permanenterregte Synchronmaschine mit Zahnspulenwicklung • Sinnvolle Kombinationen der o.g. Punkte Die Untersuchungen sollen sich dabei auf Antriebsmotoren im Leistungsbereich um 1 kW bei Drehzahlen von 1400 bis 3000 min−1 erstrecken. Für jede Variante ist mit Hilfe von FEM-Berechnungen der Magnetkreis im Sinne geringster Verluste zu optimieren und der zu erwartende Wirkungsgrad im Bemessungspunkt abzuschätzen. Darüber hinaus sind Referenzmessungen an einer konventionellen permanenterregten Synchronmaschine vorzunehmen, um die erhaltenen Ergebnisse sinnvoll einordnen zu können.

Die Entwicklung kostengünstiger, energiesparender und resourcenschonender Produkte gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dabei bildet die Bewertung von Kosten und Energie über den gesamten Lebenszyklus des Produkts, von der Entwicklung und Fertigung über den Betrieb bis hin zum Recycling, auf Basis virtueller Prototypen eine wesentliche Grundlage. Da Entwurfsentscheidungen in frühen Phasen der Entwicklung, in denen noch kein realer Prototyp existiert, einen hohen Einfluss auf spätere Kosten haben können, besteht die Notwendigkeit empirische, entscheidungsrelevante Daten aus IT-Systemen der Produktentwicklung (z.B. Produktdatenmanagementsysteme) und des Betriebs (z.B. Enterprise-Resource-Planning-Systeme) zu extrahieren und dem Konstrukteur geeignete Methoden zur Aggregation der Daten bereitzustellen. Insbesondere bei der Optimierung hinsichtlich der Energieeffzienz von Produkten muss auf Daten des gesamten Lebenszyklus zurückgegriffen werden, um schon in der Entwicklungsphase Abschätzungen über den Energieverbrauch im Produktleben treffen zu können. Eine Optimierung der Energieeffizienz kann dabei sowohl durch die Steigerung der Produktivität bei gleichbleibendem Energieverbrauch als auch durch die Verringerung des Energieverbrauchs bei gleichbleibender Produktivität erfolgen. In diesem Bericht soll der Produktentwicklungsprozess aus IT-Sicht betrachtet werden, indem zunächst aktuelle Methodiken der Produktentwicklung mit ihrer IT-Unterstützung und der beteiligten IT-Systeme untersucht werden. Es werden Anforderungen an ein IT-System formuliert, die Energieeffizienzbewertungen und -optimierungen in allen Phasen der Produktentwicklung unter Nutzung der beteiligten IT-Systeme ermöglichen. Ein solches IT-System zur energiesensitiven Produktentwicklung (energiesensitives Produktentwicklungssystem) soll den Konstrukteur bei der Entwicklung energieeffizenter Produkte unterstützen. Dafür müssen die Funktionalitäten bestehender PDM-Systeme um Methoden zur Analyse, Synthese und Bewertung der Energieeffizienz des Produkts erweitert werden. Es wird abschließend vorgeschlagen, wie die Methoden zur Bewertung energierelevanter Daten durch Workflows umgesetzt werden können.

dreimal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU- Chemnitz

In der Studie wurden in der Intensivtierhaltung eingesetzte Abluftreinigungsanlagen einschließlich Lüftungssystem hinsichtlich ihres technischen Aufbaus, ihres Energieeinsatzes und ihrer Energieeffizienz untersucht. Auf dieser Basis wurden Vorschläge zur Steigerung der Energieeffizienz erarbeitet. Aus der Betrachtung von zwei sächsischen Schweinehaltungsbetrieben konnten Hinweise für die Anlagenbetreiber und für Neuanlagen abgeleitet werden.

In der Dissertationsschrift wurden zwei Schwerpunkte untersucht, die sich zum einen mit der Entwicklung einer Bewertungsmatrix zur Erstabschätzung potenzieller Abwärmenutzungen und zum anderen mit der Integration thermoelektrischer Generatoren im Gießereiprozess auseinandersetzten. In der Matrix wurden 4 Modellabwärmequellen definiert, die sich jeweils in 9 verschiedene Betriebszustände unterteilen, um die vielfältigen Prozessbedingungen widerzuspiegeln. Weiterhin wurden 4 Modellwärmesenken festgelegt, die in Abhängigkeit der thermischen Leistung der Abwärmequellen, die Bewertungsreferenz darstellen. Im Ergebnis erfolgte eine Bewertung von 144 unterschiedlichen Abwärmenutzungskonzepten nach den Kriterien: Energieeffizienzsteigerung, Kaskadennutzung, wirtschaftlich maximal vertretbares Budget und erzielte CO2-Einsparung. Die Integration der thermoelektrischen Generatoren erfolgte am Pfannenfeuer, im Formkasten und an der Druckgussmaschine. Die höchsten Durchschnittswerte der elektrischen Leistung wurden mit 45mW im Formkasten erreicht. Damit können Sensornetzwerke energieautark versorgt, die Datenverfügbarkeit erhöht und die Prozesseffizienz gesteigert werden.

Aufgrund der generell steigenden politischen sowie auch gesellschaftlichen Anforderung nach Kohlenstoffdioxid (CO2) reduzierenden Maßnahmen wächst auch zunehmend der Druck auf die Automobilindustrie und damit einhergehend auf den Bereich der PKW-Klimatisierung. Bis dato ist bereits eine Vielzahl an Untersuchungen zu alternativen Kältemitteln sowie optimierte Komponenten für einen Betrieb der PKW-Klimatisierung durchgeführt worden. Ziel dieser Arbeit ist die Verringerung des Energieaufwands zur Fahrzeugklimatisierung durch eine entsprechende Wahl des Kältemittelverdichters (KMV) sowie eine Optimierung des Systems des Kältemittelkreislaufs durchzuführen. Des Weiteren wird neben den betrachteten Lastfällen bei hohen Außentemperaturen auch eine Effizienzsteigerungsmaßnahme des Lastfalls bei niedrigen Temperaturen untersucht. Hierzu werden detaillierte Prüfstanduntersuchungen zu den drei gängigsten Kältemittelverdichtern - mechanisch (mKMV), elektrisch Hochvolt (HV-eKMV) und elektrisch 48 V (48 V-eKMV) - durchgeführt. Im System mit dem effizientesten Kältemittelverdichter werden weiterhin Untersuchungen durch Systemprüfstände sowie Simulationen durchgeführt um Potenzial zur Energieersparnis auszuweisen. Im letzten Schritt werden die gewonnen Simulationsmodelle genutzt um das weitere Effizienzsteigerungspotenzial der PKW-Klimatisierung im Winterfall mittels Wärmepumpenschaltung auszuweisen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend für den Betrieb des untersuchten Systems zur Klimatisierung mittels statistischer europäischer Temperaturverteilung bewertet um die absolute Energieersparnis auszuweisen. / Due to the generally increasing political and social demand for carbon dioxide (CO2) reducing measures, the pressure on the automotive industry and the associated passenger car air conditioning is increasing. Up to now, a large number of studies on alternative refrigerants and optimized components for the passenger car climate control have already been investigated. The objective of this work is to reduce the required energy for vehicle air conditioning by means of a corresponding selection of the refrigerant compressor (KMV) and to optimize the system of the refrigerant circuit. In addition to the analyzed load cases at high outside temperatures, an efficiency improvement measure of the load case is also examined at low temperatures. For this purpose, detailed investigations on test benches of the three most common refrigerant compressors - mechanical (mKMV), electrical high voltage (HV-eKMV) and electrical 48 V (48 VeKMV) - are performed. In the system with the most efficient refrigerant compressor, investigations by system test benches and simulations in order to identify potentials for Energy savings are carried out. In the last step, the simulation models are used to show the further efficiency potential of the passenger air conditioning in the winter by means of a heat pump system. The findings obtained are evaluated for the operation of the system for climate control by means of statistical European temperature distribution to identify the total energy savings.

Data centers hosting internet-scale services consume megawatts of power. Mainly for cost reasons but also to appease environmental concerns, data center operators are interested to reduce their use of energy. This thesis investigates if and how hardware virtualization helps to improve the energy efficiency of modern cloud data centers. Our main motivation is to power off unused servers to save energy. The work encompasses three major parts: First, a simulation-driven analysis to quantify the benefits of known reservation times in infrastructure clouds. Virtual machines with similar expiration times are co-located to increase the probability to power down unused physical hosts. Second, we propose and prototyped a system to deliver truly on-demand cloud services. Idle virtual machines are suspended to free resources and as a first step to power off the physical server. Third, a novel block-level data synchronization tool enables fast and efficient state replication. Frequent state synchronization is necessary to prevent data unavailability: powering down a server disables access to the locally attached disks and any data stored on them. The techniques effectively reduce the overall number of required servers either through optimized scheduling or by suspending idle virtual machines. Fewer live servers translate into proportional energy savings, as the unused servers must no longer be powered.

With respect to the continuous growth of computing systems, the energy-efficiency requirement of their processes becomes even more important. Different configurations, implying different energy-efficiency of the system, could be used to perform the process. A configuration denotes the choice among different hard- and software settings (e.g., CPU frequency, number of threads, the concrete algorithm, etc.). The identification of the most energy-efficient configuration demands to benchmark all configurations. However, this benchmarking is time- and energy-consuming, too. This thesis explores (a) the effect of dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) in combination with dynamic concurrency throttling (DCT) on the energy consumption of (de)compression, DBMS query executions, encryption/decryption and sorting; and (b) a generic approach to reduce the benchmarking efforts to determine the optimal configuration. Our findings show that the utilization of optimal configurations can save wavg. 15.14% of energy compared to the default configuration. Moreover, we propose a generic heuristic (fractional factorial design) that utilizes data mining (adaptive instance selection) together with machine learning techniques (multiple linear regression) to decrease benchmarking effort by building a regression model based on the smallest feasible subset of the benchmarked configurations. Our approach reduces the energy consumption required for benchmarking by 63.9% whilst impairing the energy-efficiency of performing the computational process by only 1.88 pp, due to not using the optimal but a near-optimal configuration.

Aus der Einführung: "Werbung für elektrische Haushaltsgroßgeräte spielte für die Durchsetzung und breite Akzeptanz von Elektrizität in den Privathaushalten der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts eine wichtige Rolle. Diese ist in zahlreichen Studien zur Technisierung des Haushaltes beschrieben worden.1 Im Zeichen einerbreitenwirksamen Ökologisierung von Politik und Alltag seit den 1970er Jahren entwickelte sich in den darauf folgenden Jahrzehnten eine neue Verbindung von Energieversorgung und Hausgerätekonsum. Standen bis 1970 Argumente der Arbeitserleichterung und Zeitersparnis durch elektrische Hausgeräte im Vordergrund von Werbebemühungen, so wurde dies in einem bis zur Gegenwart andauernden Prozess durch Hinweise auf einen besonders geringen Stromverbrauch von Kühlschränken oder Waschmaschinen ergänzt. Das Fortschrittsversprechen eines vollelektrischen Haushaltes sollte unter ökologischen Vorzeichen neu verhandelt werden und im Fortschrittsversprechen eines energieeffizienten Haushaltes seinen heutigen Ausdruck finden."